KR20210061133A - 해조류와 식물성원료를 이용한 친환경 비닐봉투의 제조방법 - Google Patents

해조류와 식물성원료를 이용한 친환경 비닐봉투의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법에 관한 것으로, 생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 준비하는 단계(a); 해조류, 카사바 및 고분자 수지를 포함하고 혼합하여 혼합물 형성하는 혼합단계(b); 상기 혼합물을 건조기에 공급하여 건조하는 혼합물 수분제거단계(c); 상기 건조된 혼합물을 다이스를 통해 압출하고, 블로운 부분을 통과시켜 원통형으로 성형되는 압출성형단계(d); 상기 압출성형 된 것을 냉각하고 닙롤에 의해 포개져 권취하는 원단회수단계(e); 및 상기 권취된 원단을 리와인딩 시키면서 일반 규격에 맞게 절취 및 펀칭하는 가공단계(f); 를 포함하는 것을 특징으로 하여 종래 일반 비닐봉투 보다 친환경 원료를 100% 이용함으로써 일정한 기계적 강도를 갖으며, 자연상태에서 생분해됨으로써 친환경적인 효과가 있다.

Description

해조류와 식물성원료를 이용한 친환경 비닐봉투의 제조방법{Manufacturing method of eco-friendly plastic bags using seaweeds and vegetable raw materials}
본 발명은 해조류와 식물성 원료를 이용한 친환경 비닐봉투의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 비닐 봉투는 얇고 투명한 필름 형태로서, 가볍고 내구성, 내약품성 및 기계적 성질이 우수하여 공업용(예를 들면, 포장, 방수 등), 농업용(예를 들면, 작물의 보온 및 생육 촉진 등), 일상생활용(예를 들면, 각종 봉투) 등으로 널리 사용되고 있어, 우리 생활 주변에서 매우 빈번하게 사용되는 생활필수품으로 자리 잡고 있다.
특히, 근래에는 온라인 구매가 폭발적으로 증가하고 있고 온라인으로 구매된 제품은 대부분 포장용 봉투 등에 의해 포장되어 배송되기 때문에 포장용 또는 택배용 비닐 봉투의 수요도 급증하고 있는 실정이다.
그러나 대량으로 버려지는 각종 폐비닐의 소각이나 매립에 따른 환경 호르몬의 누출, 맹독성의 다이옥신 검출, 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오염 발생 등이 심각한 환경오염의 원인으로 이어지고 있다.
따라서, 일정한 기계적 강도를 갖으며, 생분해성을 갖는 환경 친화적인 비닐 봉투 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
1. 한국등록특허 제10-1075247호(2010.11.26. 공개)
본 발명의 목적은 해조류 및 카사바의 친환경 원료만을 이용함으로써 일정한 기계적 강도를 갖으며, 생분해성을 갖는 환경 친화적인 비닐봉투 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 준비하는 단계(a); 해조류, 카사바 및 고분자 수지를 포함하고 혼합하여 혼합물 형성하는 혼합단계(b); 상기 혼합물을 건조기에 공급하여 건조하는 혼합물 수분제거단계(c); 상기 건조된 혼합물을 다이스를 통해 압출하고, 블로운 부분을 통과시켜 원통형으로 성형되는 압출성형단계(d); 상기 압출성형 된 것을 냉각하고 닙롤에 의해 포개져 권취하는 원단회수단계(e); 및 상기 권취된 원단을 리와인딩 시키면서 일반 규격에 맞게 절취 및 펀칭하는 가공단계(f); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법을 제공한다.
생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 이용하여 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 비닐봉투는 종래 일반 비닐봉투 보다 친환경 원료를 100% 이용함으로써 일정한 기계적 강도를 갖으며, 자연상태에서 생분해됨으로써 친환경적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해조류 및 카사바를 이용한 비닐봉투 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 해조류 및 카사바를 이용한 비닐봉투 제조를 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 해조류 및 카사바를 이용하여 제조된 비닐봉투의 기계적 물성 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명자들은 생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 이용하여 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 비닐봉투는 종래 일반 비닐봉투 보다 친환경 원료를 100% 이용함으로써 일정한 기계적 강도를 갖으며, 자연상태에서 생분해됨으로써 친환경적인 효과가 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 준비하는 단계(a); 해조류, 카사바 및 고분자 수지를 포함하고 혼합하여 혼합물 형성하는 혼합단계(b); 상기 혼합물을 건조기에 공급하여 건조하는 혼합물 수분제거단계(c); 상기 건조된 혼합물을 다이스를 통해 압출하고, 블로운 부분을 통과시켜 원통형으로 성형되는 압출성형단계(d); 상기 압출성형 된 것을 냉각하고 닙롤에 의해 포개져 권취하는 원단회수단계(e); 및 상기 권취된 원단을 리와인딩 시키면서 일반 규격에 맞게 절취 및 펀칭하는 가공단계(f); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법을 제공한다.
바람직하게 상기 해조류 및 카사바는 추출물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 생분해성 고분자는 폴리비닐알콜, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아닐린, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리히드록시부틸레이트 및 폴리다이옥사논으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 고분자인 것을 특징으로 하나, 비닐봉투 제조에 이용되는 생분해성 고분자면 제한 없이 이용 가능하다.
또한, 상기 생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 해조류 및 카사바를 0.1 내지 10 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수분제거 단계는 80 ~ 110℃의 온도로 건조하는 것을 특징으로 하며, 상기 압출은 160 ~ 200℃의 온도로 50 ~ 60 rpm에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 조건을 벗어나면 본 발명에 따른 기계적 강도 및 생분해성이 우수한 비닐봉투가 제대로 형성되지 않는 문제가 야기될 수 있다.
또한, 상기 해조류는 파래, 김, 톳, 다시마, 미역, 꼬시래기, 도박 및 큰실말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 해조류인 것을 특징으로 하며, 상기 비닐봉투는 황토, 숯, 게르마늄, 은 및 옥으로 이루어진 군에서 선택된 음이온 및 원적외선 방사 물질을 더 포함할 수 있다.
따라서 본 발명에 따라 제조된 비닐봉투는 물, 미생물 및 효소 등의 분해작용에 의해 최종적으로 물, 이산화탄소 및 바이오매스 등으로 완전 생분해가 가능하고, 음이온 및 원적외선 방사 기능에 의한 혈액순환 개선 등의 건강기능성이 뛰어난 효과를 갖을 수 있다.
본 발명에 따른 비닐봉투를 제조하는 방법은 압출방식이 사용되는 것으로, 압출방식은 용융된 수지를 원형 다이를 통해 튜브형태의 원통형 필름을 상측으로 뽑아올리면서 제조하며, 이때 상기 튜브형태의 원통형 필름의 내부에서는 일정온도와 압력으로 공기를 불어 넣어 주면서 필름의 두께와 생산성 향상을 높일 수 있는데 생산성 향상을 위해 빠른 속도로 뽑아 올리면 튜브형태의 원통형 필름의 표면에 미세한 스크레치가 발생될 수 있다.
따라서 일정한 온도와 압력으로 공기를 불어주어야 하고, 상측으로 뽑아 올리는 속도 또한 일정하게 유지되어야 하며, 이를 위하여 튜브형태의 원통형 필름의 인장강도와 치밀도가 유지되어야 하는 것이다.
즉, 압출에 의한 튜브형태의 원통형 필름의 제조방식은 원형의 다이스에서 인출되는 튜브형태의 원통형 필름은 공기가 주입되면서 폭이 결정되고, 이를 상부로 뽑아올리면서 경화를 위한 냉각을 위하여 일정한 높이의 냉각탑이 구비되고, 상기 냉각탑으로 걸쳐지는 튜브형태의 원통형 필름은 지면에 설치되어있는 권취라인을 통하여 원하는 길이로 권취하게 되는 것이다.
상기 압출성형단계에서 원료 용융을 위한 압출기의 배럴내의 온도를 160~200 ℃로 설정하고, 압출을 위한 스크류 속도는 50~60 rpm을 유지하며, 용융된 원료에서 불순물을 제거하기 위하여 압출기 다이스의 전단에 일체형으로 이루어진 다층 스크린 메쉬를 탈착가능하게 장착하여 압출성형이 이루어지도록 한 것이다.
제조장치로는 비닐봉투원료를 혼합하는 배합기, 배합기에서 배합된 원료의 수분제거를 위한 건조기와 건조기에서 건조된 원료를 호퍼에 공급하고 이를 실린더로 주입시킨 후, 스크류에 의해 성형 금형으로 원료를 공급하는 튜브원료공급장치를 포함한다.
성형 금형은 원료를 원형 튜브의 형상으로 안내하는 금형(다이)이 설치되며, 튜브를 중앙으로 위치되도록 안내하는 닙롤 및 닙롤을 통과한 원단이 가이드롤러들에 의하여 권취롤러로 안내되어 원단을 감아 보관하게 되며, 권취롤러에 권취되어 제조가 완료된 비닐 원단은 절단기가 설치된 후공정으로 이동되어 지정된 사이즈에 맞추어 재단하고 융착시킨 후 절취 및 펀칭되어 권취되어진 비닐봉투가 제조완료된다.
압출성형단계는 건조된 혼합물을 압출기 호퍼를 통해 공급하여 160 ~ 200℃의 온도의 용융 압출장치에 투입하여 겔형의 액상형태로 용융시킨 압출기 내부에 설치되어있는 스크류에 의해 금형(다이)로 압입된다. 공기주입구로 공기를 주입시키면 맨드릴부에서 용융된 수지가 팽창되어 튜브형태의 원통형 필름으로 연속 성형되면서 상방으로 이동한다. 성형된 필름은 한쌍의 닙롤을 통과하며 통과속도에 따라 압착되어 두께를 조절하고 전면과 후면이 포개진 얇은 두께의 시트 형태로 변형된 다음 다수의 가이드롤러에 의해 이동한다. 이 과정 중 공기에 의해 20 ~ 26℃로 추가 냉각이 되며, 권취롤러로 안내되어 원단을 감아 보관된다. 권취된 비닐원단을 풀면서 일정 간격으로 융착하여 융착선을 형성함과 동시에 상기 융착선과 인접하여 상기 필름을 절단하여 일축이 개방된 사각의 봉투로 가공되며 개봉된 부분을 재단하여 링고리, 양날손잡이, 일반 재단 등의 규격에 맞게 펀칭하는 가공의 단계를 거친다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
<실시예 1>
파래, 김, 톳, 다시마 및 카사바를 물로 씻어 이물질을 제거한 후 건조하였다. 상기 건조물을 적당한 크기로 분쇄하여 10g을 추출용기에 넣은 후 에탄올(95%) 500mL를 가하여 환류 냉각추출하고, 여과하여 추출물을 얻었다. 추출과정은 3회 반복하였다.
상기 파래, 김, 톳, 다시마 및 카사바 추출물 1g과 생분해성 고분자인 폴리비닐알콜 100g을 슈퍼믹서(super mixer)를 이용하여 10분간 혼합한 후, 건조기에 공급하여 100℃에서 건조시켰다. 이후, 상기 건조된 혼합물을 호퍼를 통해 공급하여 180℃의 온도로 실린더를 통과하여 겔형의 액상형태로 용융시킨 후, 스크류(screw)를 가지는 이축 압출기를 이용하여 10 토르 미만의 진공하에서 50rpm의 회전속도로 1m 직경의 다이스를 통해 수지를 압출하고, 압출되는 수지를 공기가 공급되는 블로운 부분을 통과시켜 튜브 형태의 원통형으로 압출성형 하였다. 상기 압출 성형된 것을 실온으로 냉각하고, 닙롤에 의해 포개져 권취하여 원단을 회수하였다. 상기 권취된 원단을 리와인딩 시키면서 일정 간격으로 융착하여 융착선을 형성함과 동시에 상기 융착선과 인접하여 필름을 절단하여 일측이 개방된 사각의 비닐봉투를 얻고, 상기 비닐봉투를 양날손잡이, 링고리 등 일반 규격에 맞도록 재단하여 절취 및 펀칭하는 가공단계를 통해 두께 20㎛의 생분해성 비닐봉투로 제조하였다.
수득되는 비닐봉투를 만능시험기를 이용하여 인장강도, 인열강도, 신장률의 기계적 물성을 확인하였으며, 표 1에 그 결과를 나타내었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 파래, 김, 톳, 다시마 및 카사바 추출물을 혼합하지 않고, 상용성 비닐봉투 조성물인 폴리에틸렌(PE)으로 일반 비닐봉투를 제조하였다. 수득되는 비닐봉투를 만능시험기를 이용하여 인장강도, 인열강도, 신장률의 기계적 물성을 확인하였으며, 표 1에 그 결과를 나타내었다.
<실험예 1>
상기 실시예에서 인장강도는 KS M 3509의 시험방법으로, 인열강도는 KS M 3509의 시험방법으로 만능재료시험기를 이용하여 온도 23℃, 상대습도 50％인 상태에서 인장속도 500mm/분의 속도로 측정하였으며, 신장률은 KS M ISO1798의 방법으로 측정하였다.
하기 표 1에서 볼 수 있듯이, 해조류(파래, 김, 톳, 다시마) 및 카사바 추출물을 첨가하여 제조된 생분해성 비닐봉투(실시예 1)는 친환경원료를 100% 이용한 것으로, 해조류(파래, 김, 톳, 다시마) 및 카사바 추출물을 첨가하지 않고, PE만을 이용하여 제조된 일반 비닐봉투(비교예 1) 보다 기계적 물성(인장강도, 인열강도, 신장률)은 다소 낮으나, 비닐봉투로서 이용되기에 일정한 기계적 강도를 나타내었다.
구분 인장강도-가로
(N/cm2)		 인장강도-세로
(N/cm2)		 인열강도-가로
(N/cm2)		 인열강도-세로
(N/cm2)		 신장률-가로
(%)		 신장률-세로
(%)
실시예 1 2,185 2,348 778 817 221 337
비교예 1 5,640 8,260 910 1,230 532 198
<실험예 2>
실시예 1과 비교예 1에서 제조된 시료의 생분해성을 검사하기 위해, 20㎛의 비닐봉투를 1개월간 토양매립을 통한 시료의 무게감소법으로 시험하였다. 매립 후 정해진 기간을 기준으로 시료를 채취, 물과 알코올로 시료의 이물질을 제거한 후, 매립 후 무게를 매립 전 무게로 나누어 생분해율을 측정하였다. 이때, 매립은 인근 야산에 호기성 미생물과 혐기성 미생물이 공존할 수 있는 30cm 깊이로 수행하였다.
구분 생분해성(무게 감소율 %)
실시예 1 100
비교예 1 20~30
상기 표 2를 통해 알 수 있듯이, 해조류(파래, 김, 톳, 다시마) 및 카사바 추출물을 함유한 생분해성 비닐봉투의 경우 1개월 후 비교예 1의 일반 비닐봉투와 비교하여 비닐봉투가 완전 분해되는 것으로 나타났다.

Claims (7)

  1. 생분해성 고분자 수지, 해조류 및 카사바를 준비하는 단계(a);
    해조류, 카사바 및 고분자 수지를 포함하고 혼합하여 혼합물 형성하는 혼합단계(b);
    상기 혼합물을 건조기에 공급하여 건조하는 혼합물 수분제거단계(c);
    상기 건조된 혼합물을 다이스를 통해 압출하고, 블로운 부분을 통과시켜 원통형으로 성형되는 압출성형단계(d);
    상기 압출성형 된 것을 냉각하고 닙롤에 의해 포개져 권취하는 원단회수단계(e); 및
    상기 권취된 원단을 리와인딩 시키면서 일반 규격에 맞게 절취 및 펀칭하는 가공단계(f); 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 수지 100 중량부에 대하여 해조류 및 카사바를 0.1 내지 10 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자는 폴리비닐알콜, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아닐린, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌글리콜, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리히드록시부틸레이트 및 폴리다이옥사논으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 고분자인 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 해조류는 파래, 김, 톳, 다시마, 미역, 꼬시래기, 도박 및 큰실말로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 해조류인 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 비닐봉투는 황토, 숯, 게르마늄, 은 및 옥으로 이루어진 군에서 선택된 음이온 및 원적외선 방사 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수분제거 단계는 80 ~ 110℃의 온도로 건조하는 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 압출은 160 ~ 200℃의 온도로 50 ~ 60 rpm에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 해조류와 식물성 원료를 이용한 비닐봉투 제조방법.
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